DE20318321U1 - Exhaust gas heat exchanger for motor vehicle internal combustion engine has low and high temperature branches with individual heat exchangers - Google Patents

Exhaust gas heat exchanger for motor vehicle internal combustion engine has low and high temperature branches with individual heat exchangers Download PDF

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Abstract

The exhaust gas heat exchanger is for cooling the exhaust of a motor vehicle internal combustion engine with exhaust gas recycling in two stages. The cooling system has a high temperature branch (20,30) with coolant at a higher temperature level and a low temperature branch (21,31) with a coolant at a lower temperature. In the high temperature branch is a high temperature exhaust gas heat exchanger (2a) and a low temperature heat exchanger in the low temperature branch.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaswärmetauscher zur Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine in einer Abgasrückführung in zwei Stufen. Es ist bekannt, hierzu zwei Abgaswärmetauscher zu verwenden, die nacheinander vom zu kühlenden Abgas durchströmt werden.The invention relates to an exhaust gas heat exchanger for cooling of exhaust gas from an internal combustion engine in an exhaust gas recirculation system in two steps. It is known to use two exhaust gas heat exchangers for this purpose one after the other, to be cooled Exhaust gas flows through become.

So zeigt die DE 196 29 015 C2 eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, bei der das rückgeführte Abgas nacheinander in zwei hintereinandergeschalteten Wärmetauschern gekühlt wird. Die Kühlleistung der Wärmetauscher ist so abgestimmt, dass der Abgasstrom mittels des ersten Wärmetauschers auf Temperaturen oberhalb und mittels des zweiten Wärmetauschers auf Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur der im Abgasstrom enthaltenen wässrigen Säuren abgekühlt wird. Der zweite Wärmetauscher ist aus einem Material hergestellt, das resistent gegen wässrige Säuren ist. Es ist nicht dargestellt, in welcher Art die Wärmetauscher in den Kühlmittelkreis der Brennkraftmaschine eingebunden sind.So it shows DE 196 29 015 C2 a supercharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation, in which the recirculated exhaust gas is successively cooled in two heat exchangers connected in series. The cooling capacity of the heat exchangers is coordinated in such a way that the exhaust gas stream is cooled to temperatures above the first heat exchanger and to temperatures below the condensation temperature of the aqueous acids contained in the exhaust gas stream by means of the second heat exchanger. The second heat exchanger is made of a material that is resistant to aqueous acids. It is not shown in what way the heat exchangers are integrated in the coolant circuit of the internal combustion engine.

Um eine Verschmutzung von Abgaswärmetauschern zum Beispiel durch Rußpartikel zu verhindern, wird in der DE 44 14 429 C1 ebenfalls vorgeschlagen, einen rückgeführten Abgasstrom in mehreren Stufen durch mehrere hintereinander geschaltete Wär metauscher zu kühlen, die an bestimmte Temperaturbereiche optimal angepasst sind.In order to prevent pollution of exhaust gas heat exchangers, for example by soot particles, the DE 44 14 429 C1 also proposed to cool a recirculated exhaust gas flow in several stages by several heat exchangers connected in series, which are optimally adapted to certain temperature ranges.

In der DE 692 15 277 T2 ist ein Wärmetauscher in Modulbauweise dargestellt, der als Kühler bei Schwerlastfahrzeugen benutzt wird. Bei modularen Kühlern werden Rippen- und Röhrenstrukturen nebeneinander als einzelne Module aufgereiht, die sich zwischen Sammlern erstrecken.In the DE 692 15 277 T2 a heat exchanger is shown in modular design, which is used as a cooler in heavy duty vehicles. In modular coolers, fin and tube structures are lined up next to each other as individual modules that extend between collectors.

Bei Brennkraftmaschinen, die einen Ladeluftkühler zur Kühlung der den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführenden Ladeluft enthalten, ist es bekannt, das Kühlsystem mit einem Kühlmittelkreislauf darzustellen, bei dem die Brennkraftmaschine in einem Hochtemperaturzweig und der Ladeluftkühler mit dem Rückkühler in einem Niedertemperaturzweig liegt.In internal combustion engines, the one Intercooler for cooling the charge air to be supplied to the cylinders of the internal combustion engine, it is known the cooling system with a coolant circuit to represent, in which the internal combustion engine in a high temperature branch and the intercooler with the recooler in a low temperature branch.

Ein derartiges Kühlsystem ist beispielsweise in der DE-Zeitschrift Schiff & Hafen/Kommandobrücke, Heft 1/1990, Seiten 49 bis 50 dargestellt. Das von einer Kühlmittelpumpe in Umlauf gesetzte Kühlmittel teilt sich nach dem Verlassen der Brennkraftmaschine in zwei Teilströme auf, wobei die Kühlmittelmenge in beiden Teilströmen mit Blenden eingestellt wird. Im Niedertemperaturzweig ist der Rückkühler mit einer durch thermostatgeregelten Kurzschlussleitung und in Strömungsrichtung nachfolgend der Ladeluftkühler angeordnet. Die Lufttemperatur vor Zylinder wird in Abhängigkeit von der Leistung der Brennkraftmaschine durch eine entsprechende Anpassung des Ladeluftkühlmittelstromes durch den Rückkühler eingestellt. Die nicht durch den Rückkühler strömende Kühlmenge fließt ungekühlt im Hochtemperaturzweig parallel zum Ladeluftkühlmittelzweig, dem Niedertemperaturzweig. Beide Teilströme werden vor dem Eintritt in die Brennkraftmaschine wieder zusammengeführt oder gemischt, wobei sich vor dem Motor eine dem Temperaturniveau und der Kühlmittelmenge der beiden Teilströme entsprechende Motoreintrittstemperatur ergibt. Vorteil dieses sogenannten Mischkreislaufs ist, dass bei Teillast zur Vermeidung von Weißrauch eine Vorwärmung der Ladeluft erfolgen kann und somit eine zu starke Abkühlung des Motors vermieden wird. Bei diesem Kühlkreislauf ist jedoch nicht dargestellt, wie im Falle der Abgasrückführung das Abgas gekühlt werden könnte.Such a cooling system is for example in the DE magazine Ship & Port / Command Bridge, Issue 1/1990, pages 49 to 50. That from a coolant pump circulated coolant divides into two partial flows after leaving the internal combustion engine, being the amount of coolant in both partial flows is set with apertures. The recooler is included in the low temperature branch one by thermostat-controlled short-circuit line and in the direction of flow subsequently the charge air cooler arranged. The air temperature in front of the cylinder becomes dependent on the performance of the internal combustion engine through a corresponding Adjustment of the charge air coolant flow through the recooler set. The amount of cooling not flowing through the recooler flows uncooled in High temperature branch parallel to the charge air coolant branch, the low temperature branch. Both partial flows are brought together again before entering the internal combustion engine or mixed, with the temperature level and the amount of coolant corresponding to the two partial flows Engine inlet temperature results. Advantage of this so-called mixed cycle is that at partial load to prevent white smoke, preheating the Charge air can take place and thus an excessive cooling of the Motor is avoided. However, this cooling circuit is not shown how the exhaust gas is cooled in the case of exhaust gas recirculation could.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, einen Abgaswärmetauscher zur optimalen Kühlung von Abgas in einer Abgasrückführung darzustellen, der kostengünstig und bauraumsparend ausgebildet ist.The specified in protection claim 1 Invention is based on the problem of an exhaust gas heat exchanger for optimal cooling to represent exhaust gas in an exhaust gas recirculation, the inexpensive and is designed to save space.

Dieses Problem wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die optimale Kühlung bei bauraumsparender Bauweise des Abgaswärmetauschers wird dadurch erreicht, dass der Abgaswärmetauscher in einen Hochtemperaturabgaswärmetauscher und einen Niedertemperaturabgaswärmetauscher aufgeteilt ist, die mit Kühlmittel unterschiedlichen Temperaturniveaus arbeiten und nacheinander von rückzukühlendem Abgas durchströmt werden. Die Abgaskühlung erfolgt in zwei Stufen, in einem Kühlsystem mit einem Hochtemperaturzweig mit Kühlmittel auf hohem Temperaturniveau und einem Niedertemperaturzweig mit Kühlmittel auf im Vergleich zum Kühlmittel im Hochtemperaturzweig niedrigerem Temperaturniveau. Die Kombination eines zweistufigen Abgaswärmetauschers mit einem Kühlsystem mit Kühlmittel auf unterschiedlichen Temperaturniveaus hat auch den Vorteil, dass die Wärmespannungen auf Grund der im Vergleich zu einem einstufigen Wärmetauscher geringeren Temperaturdifferenzen kleiner sind, was nicht zuletzt auch eine einfache und damit kostengünstige Konstruktion ermöglicht.This problem is caused by the im Protection claim 1 listed Features solved. The optimal cooling with space-saving design of the exhaust gas heat exchanger, that the exhaust gas heat exchanger into a high temperature exhaust gas heat exchanger and a low temperature exhaust gas heat exchanger is divided, which is different with coolant Temperature levels work and consecutively from recooling Exhaust gas flows through become. The exhaust gas cooling takes place in two stages, in a cooling system with a high temperature branch with coolant at a high temperature level and a low temperature branch with coolant on compared to the coolant in the high temperature branch lower temperature level. The combination of a two-stage exhaust gas heat exchanger with a cooling system with coolant at different temperature levels also has the advantage that the thermal stresses due to the compared to a single-stage heat exchanger lower temperature differences are smaller, which is not least also allows a simple and therefore inexpensive construction.

Besonders zweckmäßig ist die Einbindung des Abgaswärmetauschers in einen Kühlkreis, in dem der Hochtemperaturabgaswär metauscher in dem von der Brennkraftmaschine abströmenden Kühlmittel liegt und der Niedertemperaturabgaswärmetauscher in einem Niedertemperaturzweig in Strömungsrichtung nach einem Rückkühler.The integration of the exhaust gas heat exchanger into a cooling circuit, in which the high temperature exhaust gas heat exchanger lies in the coolant flowing out of the internal combustion engine and the low-temperature exhaust gas heat exchanger in a low temperature branch in the flow direction after a recooler.

Dabei kann das Kühlsystem als Mischkreislauf nach Anspruch 2 oder entsprechend Anspruch 3 als Kühlkreislauf mit zwei separaten Kreisläufen ausgebildet sein.The cooling system can be used as a mixed circuit according to claim 2 or according to claim 3 as a cooling circuit with two separate circuits be trained.

Entsprechend Anspruch 4 kann im Hochtemperaturabgaswärmetauscher das Kühlmittel im Gleichstrom zum Abgas strömen und entsprechend Anspruch 5 im Niedertemperaturabgaswärmetauscher im Gegenstrom zum Abgas. Durch die Beaufschlagung des heißen Abgaswärmetauschers mit heißem Kühlmittel im Gleichstrom werden die Wärmespannungen weiter minimiert und die Bauteiltemperaturen gesenkt. Durch den Betrieb des Niedertemperaturabgaswärmetauscher im Gegenstrom wird zugleich die Wärmeaustauschfläche minimiert.According to claim 4, the coolant can flow in cocurrent to the exhaust gas in the high-temperature exhaust gas heat exchanger and in countercurrent to the exhaust gas in accordance with claim 5 in the low-temperature exhaust gas heat exchanger. By applying hot coolant in direct current to the hot exhaust gas heat exchanger, the heat voltage further minimized and component temperatures reduced. By operating the low-temperature exhaust gas heat exchanger in counterflow, the heat exchange area is also minimized.

Der erfindungsgemäße Abgaswärmetauscher ist gemäß Anspruch 6 aus Wärmetauschermodulen gebildet, die jeweils mit einem rohrförmigen Gehäuse mit seitlichen Ein- und Austrittsstutzen für das Kühlmittel und im Gehäuse in Längsrichtung verlaufenden Abgaskanälen ausgebildet sind. Das Abgas wird an den Stirnseiten zu- und abgeführt. Der Abgaswärmetauscher besteht aus einem Hochtemperaturabgaswärmetauscher und einem Niedertemperaturabgaswärmetauscher, die in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind und durch Wärmetauschermodule gebildet werden.The exhaust gas heat exchanger according to the invention is according to claim 6 from heat exchanger modules formed, each with a tubular housing with side inputs and Outlet for the coolant and in the housing longitudinal extending exhaust channels are trained. The exhaust gas is fed in and discharged at the end faces. The exhaust gas heat exchanger consists of a high temperature exhaust gas heat exchanger and a low temperature exhaust gas heat exchanger, the one behind the other in the longitudinal direction are arranged and by heat exchanger modules be formed.

Durch Aufbau des Abgaswärmetauschers aus gleichartigen Wärmetauschermodulen können in kostengünstiger Weise Wärmetauscher für unterschiedliche Kühlleistungen dargestellt werden.By building the exhaust gas heat exchanger similar heat exchanger modules can in cheaper Wise heat exchanger for different cooling capacity being represented.

Dies wird gemäß Anspruch 7 dadurch erreicht, dass der Abgaswärmetauscher durch mehrere parallel nebeneinanderliegende Wärmetauschermodule gebildet wird.This is achieved according to claim 7 that the exhaust gas heat exchanger formed by several parallel heat exchanger modules becomes.

Zur Halterung zweier stirnseitig gegeneinander liegender Wärmetauschmodule ist gemäß Anspruch 8 eine Lagerplatte mit entsprechenden Aufnahmen und Dichtungen für die Gehäuse vorgesehen.For mounting two end faces opposed heat exchange modules is according to claim 8 a bearing plate with corresponding receptacles and seals for the housing is provided.

An den von einander abgewandten Stirnseiten zweier hintereinander liegend angeordneter Wärmetauschermodule sind Befestigungen an einem Abgaseintrittsgehäuse und einem Abgasaustrittsgehäuse nach Anspruch 9 vorgesehen.On the face ends facing away from each other Two heat exchanger modules arranged one behind the other are fastenings on an exhaust gas inlet housing and an exhaust outlet housing provided according to claim 9.

Zur Vermeidung von Wärmespannungen ist gemäß Anspruch 10 jeder Wärmetauschermodul an einem Ende mit einem Loslager und am anderen Ende mit einem Festlager ausgebildet.To avoid thermal stress is according to claim 10 each heat exchanger module at one end with a floating bearing and at the other end with a fixed bearing educated.

Vorzugsweise sind gemäß Anspruch 11 die Wärmetauschermodule des Hochtemperaturabgaswärmetauschers am Abgaseintrittsgehäuse starr fixiert und im Bereich der Lagerplatte schiebend gelagert.Are preferably according to claim 11 the heat exchanger modules of the high-temperature exhaust gas heat exchanger on the exhaust gas inlet housing rigidly fixed and sliding in the area of the bearing plate.

Gemäß Anspruch 12 erfolgt die Zufuhr und Abfuhr des Kühlmittels über eine Verteilerplatte, die Anschlüsse für die seitlichen Ein- und Austrittsstutzen der Wärmetauschermodule aufweist.According to claim 12, the supply takes place and removal of the coolant via a Distribution plate, the connections for the has lateral inlet and outlet ports of the heat exchanger modules.

Die Verteilerplatte ist gemäß Anspruch 13 entweder unmittelbar an die Kühlmittelkanäle des Motors angeschlossen oder gemäß Anspruch 14 mit dem Abgaseintrittsgehäuse verbunden, das mit Kühlmittelkanälen zum Zu- und Abtransport der Kühlmittelströme ausgebildet ist.The distributor plate is according to claim 13 either directly to the engine coolant channels connected or according to claim 14 with the exhaust gas inlet housing connected to the coolant channels for Supply and removal of the coolant flows are formed is.

Die Verteilerplatte ist nach Anspruch 15 mit dem Abgaseintrittsgehäuse, dem Abgasaustrittsgehäuse und der Zwischenplatte verbunden und dient auf diese Weise als steifes Element der schwingungssicheren Abstützung der Wärmetauschermodule.The distributor plate is according to claim 15 with the exhaust gas inlet housing, the exhaust outlet housing and the intermediate plate and in this way serves as a rigid Element of the vibration-proof support of the heat exchanger modules.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

1: Eine Ansicht eines Abgaswärmetauschers, der jeweils aus zwei hintereinander- und nebeneinanderliegenden Wärmetauschermodulen gebildet ist; 1 : A view of an exhaust gas heat exchanger, which is formed in each case from two consecutive and side-by-side heat exchanger modules;

2: Eine Teilansicht des in 1 dargestellten Abgaswärmetauschers im Bereich der Zwischenlagerung von zwei Wärmetauschermodulen; 2 : A partial view of the in 1 Exhaust gas heat exchanger shown in the area of the intermediate storage of two heat exchanger modules;

3: Eine räumliche Ansicht eines aus acht Wärmetauschermodulen bestehenden Abgaswärmetauschers; 3 : A spatial view of an exhaust gas heat exchanger consisting of eight heat exchanger modules;

4: Eine 3 entsprechende Ansicht eines Abgaswärmetauschers mit angebauter Kühlmittelverteilerplatte; 4 : A 3 corresponding view of an exhaust gas heat exchanger with attached coolant distribution plate;

5: Einen Mischkühlkreislauf mit einem Hoch- und einem Niedertemperaturzweig, in dem Hochtemperatur- und Niedertemperaturabgaswärmetauscher abgeordnet sind; 5 : A mixed cooling circuit with a high and a low temperature branch in which high temperature and low temperature exhaust gas heat exchangers are arranged;

6: Einen aus zwei separaten Kühlkreisen bestehenden Kühlkreislauf, mit einem Hochtemperatur- und einem Niedertemperaturabgaswärmetauscher. 6 : A cooling circuit consisting of two separate cooling circuits, with one high-temperature and one low-temperature exhaust gas heat exchanger.

1 zeigt einen aus vier Wärmetauschermodulen 1 bestehenden Abgaswärmetauscher 2. Jeder Wärmetauschermodul 1 besteht aus einem Gehäuse 3, einem Eintrittsstutzen 4 und Austrittsstutzen 5 für das Kühlmittel, sowie im Gehäuse 3 angeordneten Abgaskanälen 6, die zum Beispiel von Rohren gebildet werden. Der dargestellte Abgaswärmetauscher 1 besteht jeweils aus zwei hintereinanderliegend angeordneten Wärmetauschermodulen 1 sowie parallel zueinander angeordneten Wärmetauschermodulen 1. Parallele Wärmetauschermodule 1, die mit einem Abgaseintrittsgehäuse 10 verbunden sind, bilden einen Hochtemperaturabgaswärmetauscher 2a und parallele Wärmetauschermodule 1, die mit einem Abgasaustrittsgehäuse 11 verbunden sind, bilden einen Niedertemperaturabgaswärmetauscher 2b. Die Gehäuse 3 der Wärmetauschermodule 1 sind zur Halterung an den Enden mit Flanschen 7a, 7b bzw. 8a, 8b versehen. Vorzugsweise ist der Hochtemperaturabgaswärmetauscher 2a mittels einer Befestigungsbrille 9 starr am Abgaseintrittsgehäuse 10 fixiert. Am anderen Ende ist der Hochtemperaturabgaswärmetauscher 2a an einem Flansch 7b schiebend in einer Lagerplatte 13 gelagert, so dass Zwangsspannungen vermieden werden. Der Niedertemperaturabgaswärmetauscher 2b ist am Abgasaustrittsgehäuse 11 in Flanschen 8b schiebend gelagert. Die Abdichtung erfolgt durch Dichtringe 12a, 12b, die am Umfang der Flansche 7b, 8b angeordnet sind. Im Bereich der Zwischenlagerung ist der Niedertemperaturabgaswärmetauscher 2b mittels einer Befestigungsbrille 14 starr an der Zwischenplatte 13 befestigt. Die Dichtringe 12a und 12b der Schiebesitze können gekühlt sein. Um Wärmespannungen zu minimieren, strömt das Kühlmittel im Hochtemperaturabgaswärmetauscher 2a vorzugsweise im Gleichstrom mit dem Abgas. Von Vorteil ist dabei auch, dass auf Grund der minimierten Temperaturunterschiede Dampfblasenbildung vermieden wird. Im Niedertemperaturabgaswärmetauscher 2b strömt das Kühlmittel im Gegenstrom zum Abgas, mit dem Vorteil eines höheren Wärmeaustauschgrads. Dementsprechend sind die Eintrittsstutzen 4 für das Kühlmittel in der Nähe von Abgaseintrittsgehäuse 10 und Abgasaustrittsgehäuse 11 angeord net. Die Austrittsstutzen 5 für das Kühlmittel befinden sich jeweils im Bereich der Zwischenlagerung. 1 shows one of four heat exchanger modules 1 existing exhaust gas heat exchanger 2 , Any heat exchanger module 1 consists of a housing 3 , an inlet nozzle 4 and outlet connection 5 for the coolant, as well as in the housing 3 arranged exhaust channels 6 that are formed by pipes, for example. The exhaust gas heat exchanger shown 1 consists of two heat exchanger modules arranged one behind the other 1 and heat exchanger modules arranged parallel to one another 1 , Parallel heat exchanger modules 1 that with an exhaust gas inlet casing 10 are connected to form a high-temperature exhaust gas heat exchanger 2a and parallel heat exchanger modules 1 that with an exhaust outlet housing 11 are connected, form a low-temperature exhaust gas heat exchanger 2 B , The housing 3 the heat exchanger modules 1 are for mounting at the ends with flanges 7a . 7b respectively. 8a . 8b Mistake. The high-temperature exhaust gas heat exchanger is preferred 2a using a pair of fastening glasses 9 rigid on the exhaust gas inlet housing 10 fixed. At the other end is the high temperature exhaust gas heat exchanger 2a on a flange 7b sliding in a bearing plate 13 stored so that forced stresses are avoided. The low temperature exhaust gas heat exchanger 2 B is on the exhaust outlet housing 11 in flanges 8b slidably mounted. The sealing is done by sealing rings 12a . 12b that on the circumference of the flanges 7b . 8b are arranged. The low-temperature exhaust gas heat exchanger is located in the intermediate storage area 2 B using a pair of fastening glasses 14 rigid on the intermediate plate 13 attached. The sealing rings 12a and 12b the sliding seats can be cooled. In order to minimize thermal stresses, the coolant flows in the high-temperature exhaust gas heat exchanger 2a preferably in the same electricity with the exhaust gas. It is also advantageous that vapor bubbles are avoided due to the minimized temperature differences. In the low temperature exhaust gas heat exchanger 2 B the coolant flows in counterflow to the exhaust gas, with the advantage of a higher degree of heat exchange. The inlet connections are accordingly 4 for the coolant near the exhaust gas inlet casing 10 and exhaust outlet housing 11 arranged. The outlet nozzle 5 for the coolant are located in the intermediate storage area.

In 2 ist der Zwischenlagerbereich in vergrößerter Darstellung gezeigt. Insbesondere sind auch die Platten 15 sichtbar, in der die die Abgaskanäle 6 bildenden Elemente dichtend befestigt sind. Zwischen den einander gegenüberliegenden Wärmetauschermodulen verbleibt ein Spalt, an dem das Abgas vom Hochtemperaturabgaswärmetauscher 2a in den Niedertemperaturabgaswärmetauscher 2b eintritt.In 2 the intermediate storage area is shown in an enlarged view. In particular, the plates are 15 visible in which the the exhaust ducts 6 forming elements are sealingly attached. A gap remains between the opposing heat exchanger modules, at which the exhaust gas from the high-temperature exhaust gas heat exchanger 2a in the low temperature exhaust gas heat exchanger 2 B entry.

Die 3 und 4 zeigen den Abgaswärmetauscher 2 jeweils in räumlicher Darstellung. In 3 ist die Anordnung der Ein- und Austrittsstutzen 4 bzw. 5 ersichtlich, die alle zu einer Seite hin gerichtet angeordnet sind. In 4 ist der Wärmetauschermodul mit einer Verteilerplatte 16 für das Kühlmittel dargestellt, an die die Ein- und Austrittsstutzen 4 bzw. 5 angeschlossen sind. Die Verteilerplatte 16 ist ohne Abdeckplatte dargestellt, die zum Abschluss der Kühlmittelräume in der Verteilerplatte 16 benötigt wird. Wie im Weiteren aus 3 ersichtlich, ist auch das Abgaseintrittsgehäuse 10 mit Kanälen zur Kühlmittelführung ausgebildet. Diese nicht näher dargestellten Kanäle stehen in Verbindung mit einem Kühlmittelzulauf 17 zur Kühlmittelversorgung des Hochtemperaturabgaswärmetauschers 2a mit Kühlmittel auf hohem Temperaturniveau. Ferner stehen die Kühlmittelkanäle in Verbindung mit einem Kühlmittelzulauf 18 zur Kühlmittelversorgung des Niedertemperaturabgaswärmetauschers 2b mit Kühlmittel auf einem niedrigeren Temperaturniveau. Ein Kühlmittelaustritt 19 dient zur Rückführung des aus dem Niedertemperaturabgaswärmetauscher 2a und Hochtemperaturwärmetauscher 2b abströmenden Kühlmittels. Eine solche Anordnung der Anschlüsse mit einem gemeinsamen Rücklauf ist besonders geeignet zur Anwendung bei einem Kühlkreislauf nach 5, in dem das von den Abgas wärmetauschern abströmende Kühlmittel vermischt wird. Im Falle, dass ein Kühlkreis mit getrennten Kühlmittelzweigen entsprechend 6 verwendet wird, ist ein weiterer Kühlmittelaustritt vorzusehen, damit eine separate Abführung der Kühlmittelströme erfolgen kann. Die Verteilerplatte 16 hat den Vorteil, dass die Kühlmittelströme in einfacher Weise verteilt werden können, ohne dass eine aufwendige Verrohrung nötigt wäre. Die parallel zu den Wärmetauschermodulen 1 liegende Verteilerplatte 16 ist am Abgasaustrittsgehäuse 11, am Abgaseintrittsgehäuse 10 und an der Lagerplatte 13 befestigt. Als steifes Element hat sie die Funktion einer starren Halteplatte für die Wärmetauscherelemente und verhindert auf Grund dieser Eigenschaft dadurch Schwingungen der Wärmetauschermodule 1.The 3 and 4 show the exhaust gas heat exchanger 2 each in spatial representation. In 3 is the arrangement of the inlet and outlet ports 4 respectively. 5 can be seen, which are all arranged to one side. In 4 is the heat exchanger module with a distributor plate 16 shown for the coolant to which the inlet and outlet ports 4 respectively. 5 are connected. The distribution plate 16 is shown without a cover plate, which at the end of the coolant spaces in the distributor plate 16 is needed. As below 3 can also be seen, the exhaust gas inlet housing 10 formed with channels for coolant guidance. These channels, not shown, are connected to a coolant inlet 17 for supplying coolant to the high-temperature exhaust gas heat exchanger 2a with coolant at high temperature. Furthermore, the coolant channels are connected to a coolant inlet 18 for supplying coolant to the low-temperature exhaust gas heat exchanger 2 B with coolant at a lower temperature level. A coolant leak 19 is used to return the from the low-temperature exhaust gas heat exchanger 2a and high temperature heat exchangers 2 B outflowing coolant. Such an arrangement of the connections with a common return is particularly suitable for use in a cooling circuit according to 5 , in which the coolant flowing out of the exhaust gas heat exchangers is mixed. In the event that a cooling circuit with separate coolant branches accordingly 6 is used, a further coolant outlet must be provided so that a separate discharge of the coolant flows can take place. The distribution plate 16 has the advantage that the coolant flows can be distributed in a simple manner without the need for complex piping. The parallel to the heat exchanger modules 1 horizontal distributor plate 16 is on the exhaust outlet housing 11 , on the exhaust gas inlet housing 10 and on the bearing plate 13 attached. As a rigid element, it has the function of a rigid holding plate for the heat exchanger elements and, due to this property, prevents vibrations of the heat exchanger modules 1 ,

In den 5 und 6 sind geeignete Kühlkreisläufe dargestellt, die mit dem erfindungsgemäßen Abgaswärmetauscher 2 kombiniert werden können, da sie jeweils Kühlmittelzweige aufweisen, die Kühlmittel auf unterschiedlichem Temperaturniveau führen. Der in 5 dargestellte Kühlkreislauf beinhaltet einen Hochtemperaturzweig 20, in dem der Hochtemperaturabgaswärmetauscher 2a angeordnet ist, und einen Niedertemperaturzweig 21 mit einem Rückkühler 22, einem Ladeluftkühler 23 und einem Ölwärmetauscher 24, in dem der Niedertemperaturabgaswärmetauscher 2b angeordnet ist. Das aus dem Hochtemperaturzweig 20 und Niedertemperaturzweig 21 abströmende Kühlmittel wird vor dem Eintritt in den Motor 26 vermischt. Das Kühlmittel wird durch eine gemeinsame Pumpe 25 in Umlauf versetzt.In the 5 and 6 Suitable cooling circuits are shown with the exhaust gas heat exchanger according to the invention 2 can be combined, since they each have coolant branches that carry coolant at different temperature levels. The in 5 Cooling circuit shown includes a high temperature branch 20 in which the high temperature exhaust gas heat exchanger 2a is arranged, and a low temperature branch 21 with a drycooler 22 , an intercooler 23 and an oil heat exchanger 24 , in which the low-temperature exhaust gas heat exchanger 2 B is arranged. That from the high temperature branch 20 and low temperature branch 21 outflowing coolant is before entering the engine 26 mixed. The coolant is supplied by a common pump 25 put into circulation.

Der Kühlkreis nach 6 besteht aus zwei separaten Kühlmittelkreisen, einem Hochtemperaturkreis 30, und einem Niedertemperaturkreis 31. Im Hochtemperaturkreis 30 ist der Motor 32, ein Rückkühler 33, ein Getriebeölwärmetauscher 34 und ein Schmierölwärmetauscher 35 mit einer separaten Pumpe 36 angeordnet. Der Hochtemperaturabgaswärmetauscher 2a liegt in dem vom Motor 32 abströmenden Kühlmittel vor dem Rückkühler 33. Im Niedertemperaturkreis 31 ist ein Ladeluftkühler 37 und ein weiterer Rückkühler 38 angeordnet. Der Niedertemperaturabgaswärmetauscher 2b liegt in dem vom Ladeluftkühler 37 abströmenden Kühlmittelstrom.The cooling circuit after 6 consists of two separate coolant circuits, a high temperature circuit 30 , and a low temperature circuit 31 , In the high temperature circuit 30 is the engine 32 , a dry cooler 33 , a transmission oil heat exchanger 34 and a lubricating oil heat exchanger 35 with a separate pump 36 arranged. The high temperature exhaust gas heat exchanger 2a lies in that of the engine 32 coolant flowing out before the recooler 33 , In the low temperature circuit 31 is an intercooler 37 and another dry cooler 38 arranged. The low temperature exhaust gas heat exchanger 2 B lies in the charge air cooler 37 outflowing coolant flow.

Durch Aufteilung der Wärmeaustauschfläche auf zwei getrennte, von Kühlmittel unterschiedlicher Temperatur durchströmte Wärmetauscher, einen Hochtemperaturabgaswärmetauscher 2a und dem Niedertemperaturabgaswärmetauscher 2b, kann die Gesamtkühlfläche minimiert werden. Durch die Beaufschlagung der heißen Hochtemperaturabgaswärmetauscher mit heißem Kühlmittel werden Thermospannungen minimiert. Um die Bauteiltemperaturen niedrig zu halten, werden die Hochtemperaturabgaswärmetauscher im Gleichstrom betrieben. Durch Betrieb des Niedertemperaturabgaswärmetauschers im Gegenstrom kann die Wärmeaustauschfläche klein gehalten werden.By dividing the heat exchange surface into two separate heat exchangers through which different temperatures flow, a high-temperature exhaust gas heat exchanger 2a and the low temperature exhaust gas heat exchanger 2 B , the total cooling area can be minimized. By applying hot coolant to the hot high-temperature exhaust gas heat exchangers, thermal stresses are minimized. In order to keep component temperatures low, the high-temperature exhaust gas heat exchangers are operated in direct current. The heat exchange area can be kept small by operating the low-temperature exhaust gas heat exchanger in counterflow.

Der Wärmetauscher ist geeignet zum Einsatz in einer Abgasrückführung, bei der das rückzuführende Abgas von einem sogenannten Spenderzylinder geliefert wird. Ein Abgasrückführsystem mit Spenderzylindern ist beispielsweise in der DE 196 29 015 C2 dargestellt.The heat exchanger is suitable for use in an exhaust gas recirculation system, in which the exhaust gas to be returned is supplied by a so-called donor cylinder. An exhaust gas recirculation system with donor cylinders is for example in the DE 196 29 015 C2 shown.

Claims (15)

Abgaswärmetauscher zur Kühlung von Abgas einer Brennkraftmaschine in einer Abgasrückführung in zwei Stufen, mit einem Kühlsystem, in dem der Abgaswärmetauscher, ein Rückkühler und die Brennkraftmaschine eingebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem einen Hochtemperaturzweig (20, 30) mit Kühlmittel auf hohem Temperaturniveau, und einen Niedertemperaturzweig (21, 31) mit Kühlmittel auf einem im Vergleich zum Kühlmittel im Hochtemperaturzweig (20, 30) niedrigeren Temperaturniveau aufweist, und dass im Hochtemperaturzweig (20, 30) ein Hochtemperaturabgaswärmetauscher (2a) und im Niedertemperaturzweig (21, 31) ein Niedertemperaturabgaswärmetauscher (2b) angeordnet ist, die nacheinander von rückzukühlendem Abgas durchströmt werden.Exhaust gas heat exchanger for cooling exhaust gas from an internal combustion engine in an exhaust gas recirculation in two stages, with a cooling system in which the exhaust gas heat exchanger, a recooler and the combustion engine are involved, characterized in that the cooling system has a high temperature branch ( 20 . 30 ) with coolant at a high temperature level and a low temperature branch ( 21 . 31 ) with coolant on one compared to the coolant in the high-temperature branch ( 20 . 30 ) has a lower temperature level, and that in the high temperature branch ( 20 . 30 ) a high temperature exhaust gas heat exchanger ( 2a ) and in the low temperature branch ( 21 . 31 ) a low temperature exhaust gas heat exchanger ( 2 B ) is arranged, which are successively flowed through by exhaust gas to be cooled. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturabgaswärmetauscher (2a) in dem von der Brennkraftmaschine (26) abströmenden, im Hochtemperaturzweig (20) geführten Kühlmittel liegt, und dass der Niedertemperaturabgaswärmetauscher (2b) in einem vom Hochtemperaturzweig (20) abzweigendem Niedertemperaturzweig (21) in Strömungsrichtung nach dem Rückkühler (22) angeordnet ist, und dass Hochtemperaturzweig (20) und Niedertemperaturzweig (21) unter Ausbildung eines Kühlkreises in Strömungsrichtung vor der Brennkraftmaschine (26) zusammenführen.Exhaust gas heat exchanger according to claim 1, characterized in that the high-temperature exhaust gas heat exchanger ( 2a ) in which from the internal combustion engine ( 26 ) flowing out, in the high temperature branch ( 20 ) led coolant, and that the low-temperature exhaust gas heat exchanger ( 2 B ) in one of the high temperature branch ( 20 ) branching low temperature branch ( 21 ) downstream of the recooler ( 22 ) is arranged, and that high temperature branch ( 20 ) and low temperature branch ( 21 ) with formation of a cooling circuit in the flow direction in front of the internal combustion engine ( 26 ) merge. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturzweig (30) und der Niedertemperaturzweig (31) als separate Kreisläufe ausgebildet sind, denen jeweils eigene Rückkühler (33, 38) zugeordnet sind, wobei der Hochtemperaturabgaswärmetauscher (2a) im von der Brennkraftmaschine (32) abströmenden Kühlmittel in Strömungsrichtung vor dem ersten Rückkühler (33) angeordnet ist, und wobei der Niedertemperaturabgaswärmetauscher (2b) in dem Niedertemperaturkreis (31) mit dem zweiten Rückkühler (38) angeordnet ist.Exhaust gas heat exchanger according to claim 1, characterized in that the high temperature branch ( 30 ) and the low temperature branch ( 31 ) are designed as separate circuits, each with its own dry cooler ( 33 . 38 ) are assigned, whereby the high-temperature exhaust gas heat exchanger ( 2a ) from the internal combustion engine ( 32 ) coolant flowing out in the flow direction upstream of the first recooler ( 33 ) is arranged, and wherein the low-temperature exhaust gas heat exchanger ( 2 B ) in the low temperature circuit ( 31 ) with the second dry cooler ( 38 ) is arranged. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Hochtemperaturabgaswärmetauscher (2b) das Kühlmittel im Gleichstrom mit dem Abgas strömt.Exhaust gas heat exchanger according to claim 1, 2 or 3, characterized in that in the high-temperature exhaust gas heat exchanger ( 2 B ) the coolant flows in cocurrent with the exhaust gas. Abgaswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Niedertemperaturabgaswärmetauscher (2b) das Kühlmittel im Gegenstrom zum Abgas strömt.Exhaust gas heat exchanger according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the low-temperature exhaust gas heat exchanger ( 2 B ) the coolant flows in counterflow to the exhaust gas. Abgaswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturabgaswärmetauscher (2a) und der Niedertemperaturabgaswärmetauscher (2b) aus Wärmetauschermodulen (1) gebildet sind, die jeweils mit einem rohrförmigen Gehäuse (3) mit seitlichen Ein- und Austrittsstutzen (4 und 5) für das Kühlmittel und im Gehäuse (3) in Längsrichtung verlaufenden, vom Kühlmittel umströmten Abgaskanälen (6) ausgebildet sind, wobei das Abgas von den Stirnseiten her zu- und abgeführt wird, und wobei der Hochtemperaturabgaswärmetauscher (2a) und der Niedertemperaturwärmetauscher (2b) durch in Längsrichtung hintereinander angeordnete Wärmetauschermodule (1) gebildet sind.Exhaust gas heat exchanger according to one of claims 1 to 5, characterized in that the high-temperature exhaust gas heat exchanger ( 2a ) and the low-temperature exhaust gas heat exchanger ( 2 B ) from heat exchanger modules ( 1 ) are formed, each with a tubular housing ( 3 ) with side inlet and outlet connection ( 4 and 5 ) for the coolant and in the housing ( 3 ) longitudinal exhaust gas flow around the coolant ( 6 ) are formed, the exhaust gas being fed in and discharged from the end faces, and the high-temperature exhaust gas heat exchanger ( 2a ) and the low temperature heat exchanger ( 2 B ) by heat exchanger modules arranged one behind the other in the longitudinal direction ( 1 ) are formed. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturabgaswärmetauscher (2a) und der Niedertemperaturwärmetauscher (2b) durch mehrere parallel nebeneinander liegende Wärmetauschermodule (1) gebildet sind.Exhaust gas heat exchanger according to claim 6, characterized in that the high-temperature exhaust gas heat exchanger ( 2a ) and the low temperature heat exchanger ( 2 B ) by several heat exchanger modules lying side by side ( 1 ) are formed. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Halterung zweier stirnseitig gegeneinander liegender Wärmetauschermodule (1) eine Lagerplatte (13) mit Ausschnitten zur Aufnahme der Gehäuse (3) oder damit verbundener Flansche (7b, 8a) dient.Exhaust gas heat exchanger according to claim 6 or 7, characterized in that for holding two heat exchanger modules ( 1 ) a bearing plate ( 13 ) with cutouts to accommodate the housing ( 3 ) or associated flanges ( 7b . 8a ) serves. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander abgewandten Stirnseiten der Gehäuse (3) zweier hintereinander angeordneter Wärmetauschermodule (1) in Ausschnitte eines Abgaseintrittsgehäuses (10) oder eines Abgasaustrittsgehäuses (11) eingesetzt sind.Exhaust gas heat exchanger according to claim 6, 7 or 8, characterized in that the end faces of the housing ( 3 ) two heat exchanger modules arranged one behind the other ( 1 ) in sections of an exhaust gas inlet housing ( 10 ) or an exhaust outlet housing ( 11 ) are used. Abgaswärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wärmetauschermodul (1) an einem Ende ein Loslager und am anderen Ende ein Festlager besitzt.Exhaust gas heat exchanger according to one of claims 6 to 9, characterized in that each heat exchanger module ( 1 ) has a floating bearing at one end and a fixed bearing at the other end. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschermodule (1) des Hochtemperaturabgaswärmetauschers (2a) durch eine Befestigungsbrille (9) am Abgaseintrittsgehäuse (10) starr fixiert sind, und im Bereich der Lagerplatte (13) am anderen Ende schiebend gelagert sind.Exhaust gas heat exchanger according to claim 10, characterized in that the heat exchanger modules ( 1 ) of the high temperature exhaust gas heat exchanger ( 2a ) through fastening glasses ( 9 ) on the exhaust gas inlet housing ( 10 ) are rigidly fixed, and in the area of the bearing plate ( 13 ) are slidably mounted at the other end. Abgaswärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Wärmetauschermodulen (1) eine Verteilerplatte (16) angeordnet ist, die Anschlüsse für die seitlichen Ein- und Austrittsstutzen (4 und 5) aufweist, und die im weiteren Kühlmittelkanäle zum Zu- und Abtransport der Kühlmittelströme aufweist.Exhaust gas heat exchanger according to one of claims 6 to 11, characterized in that parallel to the heat exchanger modules ( 1 ) a distributor plate ( 16 ) is arranged, the connections for the side inlet and outlet connection ( 4 and 5 ), and which has further coolant channels for the supply and removal of the coolant flows. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (16) an Kühlmittelkanäle des Motors angeschlossen ist.Exhaust gas heat exchanger according to claim 12, characterized in that the distributor plate ( 16 ) is connected to the engine coolant channels. Abgaswärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, und dass im Abgaseintrittsgehäuse (10) Kühlmittelkanäle angeordnet sind, die die Verteilerplatte (16) mit den Kühlmittelkanälen des Motors verbindet.Exhaust gas heat exchanger according to claim 12, characterized in that and in the exhaust gas inlet housing ( 10 ) Coolant channels are arranged that the distributor plate ( 16 ) connects to the engine coolant channels. Abgaswärmetauscher nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (16) am Abgaseintrittsgehäuse (10), am Abgasaustrittsgehäuse (11) und an der Lagerplatte (13) befestigt ist.Exhaust gas heat exchanger according to one of the An Proverbs 12 to 14, characterized in that the distributor plate ( 16 ) on the exhaust gas inlet housing ( 10 ), on the exhaust outlet housing ( 11 ) and on the bearing plate ( 13 ) is attached.
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